低GWP级联制冷系统技术方案

公开的是用于提供位于在正常使用过程中被人类或其它动物占据或将会暴露于人类或其它动物的外壳中的空气的冷却的级联制冷系统，其中系统包括：(1)第一相对低温传热环路，其具有位于所述外壳之内的第一蒸发器和在所述低温传热环路中的第一传热流体；(2)包含第二传热流体的基本位于所述外壳外的第二传热环路；(3)充当低温环路中的冷凝器的热交换器，其通过将热量排出到第二传热流体中而与高温环路热耦合；和(4)在高温回路中的热交换器，其从离开高温冷凝器的第二传热流体向通往压缩机吸入侧的那部分第二传热流体传输热量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低GWP级联制冷系统对相关申请的交叉引用本申请要求2016年3月25日提交的临时申请62/313,177的优先权，其全文经此引用并入本文。本申请也是2017年3月24日提交的美国申请No.15/468,292的继续申请案并要求其优先权权益，其全文经此引用并入本文。本申请也是2017年1月6日提交的美国申请No.15/400,891的部分继续申请案，该申请目前待审，其又要求2016年1月6日提交的临时申请62/275,382的优先权权益，各自全文经此引用并入本文。本申请也是2017年2月16日提交的美国申请No.15/434,400的部分继续申请案，该申请目前待审，其又要求2016年2月16日提交的62/295,731的优先权权益，各自的整个内容经此引用并入本文。
本专利技术涉及高效、低全球变暖潜势("低GWP")空调和/或制冷系统和安全有效的提供冷却的方法。
技术介绍
在典型的空调和制冷系统中，使用压缩机将传热蒸气从较低压力压缩到较高压力，这进而向该蒸气增加热量。这种增加的热量通常在常被称作冷凝器的热交换器中排出。将进入冷凝器的传热蒸气冷凝以产生在相对高的压力下的液体传热流体。通常冷凝器使用周边环境中大量可得的流体，如环境外部空气，作为热汇(heatsink)。一旦其已冷凝，高压传热流体经历基本上等焓的膨胀，这将通过使该流体经过膨胀装置或阀发生，在此其膨胀至较低压力，这进而导致该流体发生温度降低。来自膨胀操作的较低压力、较低温度的传热流体然后通常送往蒸发器，在此其吸收热量并由此蒸发。该蒸发过程进而导致意图冷却的流体或主体(body)冷却。在许多典型的空调和制冷应用中，冷却的流体是要冷却的区域中包含的空气，如打开空调的住宅中的空气或步入式冷藏室(walk-incooler)或超级市场冷藏柜或冷冻柜(supermarketcoolerorfreezer)内部的空气。在该传热流体在蒸发器中在低压下蒸发后，将其送回压缩机，在此循环再次开始。因素和要求的复杂和相互关联的组合与形成高效、有效和安全并同时环境友好，即具有低GWP影响和低臭氧消耗("ODP")影响两者，的空调系统相关联。对于效率(efficiency)和效能(effectiveness)，传热流体在空调和制冷系统中以高效率水平和高相对容量运行是重要的。同时，由于传热流体有可能随时间流逝逸出到大气中，所述流体具有低GWP值和低ODP值两者是重要的。申请人已经认识到，尽管某些流体能够实现高水平的效率和效能两者和同时能够实现低水平的GWP和ODP两者，但许多满足该要求组合的流体受困于具有安全相关缺陷的缺点。例如，否则可能可接受的流体可能由于可燃性性质和/或毒性问题而不受欢迎。申请人已经认识到，具有这样的性质的流体的使用在典型的空调中和在许多制冷系统中尤其不合意，因为这样的可燃的和/或有毒的流体可能不经意释放到被冷却的住宅、步入式冷藏室、冷藏箱(cold-box)、冷却器(chiller)、冷冻柜或运输制冷箱(transportrefrigerationbox)中，因此使其占用者暴露于或可能暴露于危险状况下。申请人也已经认识到，对于相对小的系统，例如容量小于30kw的系统，该问题甚至受到更强烈的关注，因为对于这样的系统，有效的安全防护系统如防火系统的成本通常在经济上不可行。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种级联制冷系统，其用于提供位于在正常使用过程中被人类或其它动物占据或将会暴露于人类或其它动物的外壳(enclosure)中的空气的直接或间接冷却，但优选直接冷却。如本文中使用的那样，术语"外壳"是指至少部分被圈定(例如该外壳可在一面或多面开放，或封闭)并包括已被冷却的空气的空间。本系统的优选实施方案包括位于外壳之内并且是第一相对低温传热环路(circuit)的一部分的至少第一蒸发器。所述低温传热环路优选包含在蒸气压缩循环回路(loop)中的第一传热流体，所述回路包含至少：用于提高第一传热组合物的压力的压缩机；用于在相对高的压力下冷凝来自压缩机的至少一部分第一传热组合物的热交换器；用于降低来自冷凝器的传热组合物的压力的膨胀装置；和用于将热量从要冷却的外壳吸收到所述传热组合物中的蒸发器。优选地，所述压缩机、冷凝器和所述膨胀阀的一个或多个，最优选所有这些，位于外壳外且所述蒸发器位于外壳之内。本专利技术的系统还优选包括基本位于外壳外的第二传热环路，其在本文中为方便起见有时被称作"高温"回路。所述高温回路优选包含在蒸气压缩循环回路中的第二传热流体，所述回路包含至少压缩机、用于冷凝高温回路中的传热流体(优选通过与外壳外的环境空气热交换)的热交换器，和用于降低来自压缩机的第二传热流体的压力的膨胀装置。本专利技术的优选实施方案的一个重要方面在于，充当低温环路中的冷凝器的热交换器通过将热量排出到第二传热流体中，优选通过使至少显著部分的所述第二传热流体蒸发，而与高温环路热耦合。以这种方式，低温环路的冷凝器和高温环路的蒸发器在该热交换器中热耦合，为方便起见这在本专利技术的系统和方法中有时被称作"级联热交换器"。本专利技术的另一重要方面在优选实施方案中包含在高温回路中存在热交换器，其已被发现有利地和出乎意料地通过从离开高温冷凝器的第二传热流体向通往压缩机吸入侧的那部分第二传热流体传输热量而改进系统性能。该热交换器在本文中为方便起见有时被称作"吸入管线热交换器(suctionlineheatexchanger)"。优选系统的另一重要方面在于，在低温回路中循环的第一传热流体包含具有不大于大约500，更优选不大于大约400，再更优选不大于大约150的GWP的制冷剂，以及此外在于第一传热流体的可燃性明显小于第二传热流体的可燃性。优选地，在高温回路中循环的第二传热流体也包含具有不大于大约500，更优选不大于大约400，再更优选不大于大约150的GWP的制冷剂，但是由于在正常运行中该传热流体将决不会进入外壳，申请人已经发现在该高温回路中使用具有一个或多个如果其在外壳内循环则被认为不利的性质，例如可燃性、毒性等，的流体是有利的。以这种方式，如下文详细解释的那样，相对于将仅依赖所述第一传热组合物或仅依赖所述第二传热组合物的系统，本系统使得能够实现额外可能的出人意料的优点。在某些优选实施方案中，第二制冷剂包含，更优选包含至少大约50重量%甚至更优选至少大约75重量%的，反式-1,3,3,3-三氟丙烯(HFO-1234ze(E))和/或HFO-1234yf，且第二制冷剂的可燃性大于，优选明显大于，CO2的可燃性。在另一实施方案中，第二制冷剂包含，更优选包含至少大约75重量%甚至更优选至少大约80重量%的，反式-1,3,3,3-三氟丙烯(HFO-1234ze(E))和/或HFO-1234yf。附图说明图1是根据本专利技术的空调系统的一个优选实施方案的一般化工艺流程图。具体实施方式优选传热组合物在本文所述的各优选实施方案中，所述系统包括：(a)相对低温蒸气压缩回路，其包含在所述回路中流体连通的压缩机、膨胀器和蒸发器，和在所述回路中的包含第一制冷剂和优选地压缩机润滑剂的第一传热组合物，所述蒸发器位于含有要被冷却的空气的外壳中并能在大约所述相对低温从所述空气吸收热量；(b)相对高温蒸气压缩回路，其包含在所述回路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于冷却外壳的内容物的传热系统，其包括：(a) 相对低温蒸气压缩回路，其包含在所述回路中流体连通的压缩机、膨胀器和蒸发器，和在所述回路中的包含第一制冷剂和压缩机润滑剂的第一传热组合物，所述蒸发器位于所述外壳中并能在大约所述相对低温从所述外壳中的流体吸收热量；(b) 相对高温蒸气压缩回路，其包含在所述回路中流体连通的压缩机、冷凝器、膨胀器和吸入管线热交换器，和在所述回路中的包含第二制冷剂和优选地压缩机润滑剂的第二传热组合物，所述冷凝器能向位于所述外壳外的热汇传输热量；和(c) 用于通过所述第一和第二制冷剂之间的热交换冷凝所述第一制冷剂和蒸发所述第二制冷剂的级联热交换器，其中所述吸入管线热交换器与所述级联热交换器流体连通以接收至少一部分离开所述级联热交换器的所述第二传热组合物并通过从离开所述冷凝器的所述第一传热组合物吸收热量而提高所述第二传热组合物的温度并由此在所述第一传热组合物进入所述第一回路膨胀器之前降低所述第一传热组合物的温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.25 US 62/3131771.一种用于冷却外壳的内容物的传热系统，其包括：(a)相对低温蒸气压缩回路，其包含在所述回路中流体连通的压缩机、膨胀器和蒸发器，和在所述回路中的包含第一制冷剂和压缩机润滑剂的第一传热组合物，所述蒸发器位于所述外壳中并能在大约所述相对低温从所述外壳中的流体吸收热量；(b)相对高温蒸气压缩回路，其包含在所述回路中流体连通的压缩机、冷凝器、膨胀器和吸入管线热交换器，和在所述回路中的包含第二制冷剂和优选地压缩机润滑剂的第二传热组合物，所述冷凝器能向位于所述外壳外的热汇传输热量；和(c)用于通过所述第一和第二制冷剂之间的热交换冷凝所述第一制冷剂和蒸发所述第二制冷剂的级联热交换器，其中所述吸入管线热交换器与所述级联热交换器流体连通以接收至少一部分离开所述级联热交换器的所述第二传热组合物并通过从离开所述冷凝器的所述第一传热组合物吸收热量而提高所述第二传热组合物的温度并由此在所述第一传热组合物进入所述第一回路膨胀器之前降低所述第一传热组合物的温度。2.权利要求1的系统，其中该第一制冷剂具有根据ASHRAE34归类为A1(通过ASTME681测量)的可燃性且该第二制冷剂具有根据ASHRAE34归类为A2L(通过ASTME681测量)的可燃性...

【专利技术属性】
技术研发人员：SF亚纳莫塔，M彼得森，A塞蒂，G波特克，EDC贝拉韦塞拉，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US